การวิเคราะห์ฟลักซ์เมตาบอลิซึม (MFA) โดยใช้ การติดฉลาก ไอโซโทป เสถียร เป็นเครื่องมือสำคัญในการอธิบายฟลักซ์ของธาตุบางชนิดผ่านเส้นทางเมตาบอลิซึมและปฏิกิริยาภายในเซลล์มีการป้อนฉลากไอโซโทปเข้าไปในเซลล์ จากนั้นเซลล์จะเจริญเติบโตโดยใช้สารอาหารที่ติดฉลากนั้น สำหรับการวิเคราะห์ฟลักซ์เมตาบอลิซึมแบบคงที่ เซลล์จะต้องถึงสภาวะสมดุล (ไอโซโทปที่เข้าและออกจากเซลล์คงที่ตลอดเวลา) หรือสภาวะกึ่งสมดุล (สภาวะสมดุลเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง) ^{[ 7 ]}รูปแบบไอโซโทปของเมตาบอ ไลต์ที่ ได้จะถูกกำหนด รูปแบบไอโซโทปที่ได้ให้ข้อมูลที่มีค่า ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการหาขนาดของฟลักซ์อัตราการเปลี่ยนจากสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์ผ่านแต่ละปฏิกิริยา^{[ 8 ]}

ภาพนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการใช้ฉลากที่แตกต่างกันเพื่อกำหนดอัตราการไหลผ่านปฏิกิริยาหนึ่งๆ สมมติว่าสารเมตาบอไลต์ดั้งเดิม ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีคาร์บอนสามอะตอม มีความสามารถในการแตกตัวเป็นสารเมตาบอไลต์ที่มีคาร์บอนสองอะตอมและสารเมตาบอไลต์ที่มีคาร์บอนหนึ่งอะตอมในปฏิกิริยาเดียว จากนั้นจึงรวมตัวกันใหม่ หรือคงสภาพเป็นสารเมตาบอไลต์ที่มีคาร์บอนสามอะตอมต่อไป หากปฏิกิริยานั้นมีไอโซโทปของสารเมตาบอไลต์สองชนิดในสัดส่วนที่เท่ากัน โดยชนิดหนึ่งติดฉลากอย่างสมบูรณ์ (วงกลมสีน้ำเงิน) ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าติดฉลากอย่างสม่ำเสมอ และอีกชนิดหนึ่งไม่ติดฉลากอย่างสมบูรณ์ (วงกลมสีขาว) เส้นทางด้านซ้ายของแผนภาพจะไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสารเมตาบอไลต์ ในขณะที่ด้านขวาแสดงการแตกตัวและการรวมตัวกันใหม่ ดังที่แสดง หากสารเมตาบอไลต์ใช้เส้นทางด้านซ้ายเท่านั้น มันจะคงอยู่ในอัตราส่วน 50–50 ของสารเมตาบอไลต์ที่ติดฉลากอย่างสม่ำเสมอต่อสารเมตาบอไลต์ที่ไม่ติดฉลาก หากสารเมตาบอไลต์ใช้เส้นทางด้านขวาเท่านั้น รูปแบบการติดฉลากใหม่ๆ อาจเกิดขึ้นได้ โดยทั้งหมดในสัดส่วนที่เท่ากัน สัดส่วนอื่นๆ อาจเกิดขึ้นได้ขึ้นอยู่กับว่าสารเมตาบอไลต์ดั้งเดิมส่วนใดตามเส้นทางด้านซ้ายเทียบกับด้านขวา ในที่นี้แสดงสัดส่วนสำหรับสถานการณ์ที่เมตาบอไลต์ครึ่งหนึ่งอยู่ทางด้านซ้ายและอีกครึ่งหนึ่งอยู่ทางด้านขวา แต่สัดส่วนอื่น ๆ ก็สามารถเกิดขึ้นได้^{[ 9 ]}รูปแบบของอะตอมที่มีฉลากและอะตอมที่ไม่มีฉลากในสารประกอบหนึ่งๆ แสดงถึงไอโซโทปเมอร์การวัดการกระจายตัวของไอโซโทปเมอร์ของเมตาบอไลต์ที่มีฉลากต่างกัน จะทำให้สามารถกำหนดอัตราการไหลผ่านปฏิกิริยาแต่ละครั้งได้^{[ 10 ]}

MFA ผสานรวมข้อมูลที่เก็บเกี่ยวได้จากการติดฉลากไอโซโทปเข้ากับสัดส่วนทางเคมีของแต่ละปฏิกิริยาข้อจำกัดและขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อสร้างแผนที่ฟลักซ์ปฏิกิริยาย้อนกลับได้จะให้ข้อจำกัดทางอุณหพลศาสตร์ที่จำเป็นในการค้นหาฟลักซ์ มีการสร้าง เมทริกซ์ที่มีสัดส่วนทางเคมีของปฏิกิริยา ฟลักซ์ภายในเซลล์จะถูกประมาณโดยใช้วิธีการวนซ้ำซึ่งฟลักซ์จำลองจะถูกเสียบเข้าไปในแบบจำลองสัดส่วนทางเคมี ฟลักซ์จำลองจะแสดงในแผนที่ฟลักซ์ ซึ่งแสดงอัตราการเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับแต่ละปฏิกิริยา^{[ 8 ]}ในแผนที่ฟลักซ์ส่วนใหญ่ ลูกศรที่หนาขึ้นหมายถึงค่าฟลักซ์ของปฏิกิริยาที่มากขึ้น^{[ 11 ]}

สามารถใช้เทคนิคใดก็ได้ในการวัดความแตกต่างระหว่างไอโซโทปเมอร์ โดยสองวิธีหลักคือ การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) และสเปกโทรเมตรีมวลสาร (MS) ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อวัดมวลไอโซโทปเมอร์ในการติดฉลากไอโซโทปเสถียร

โปรตอน NMRเป็นเทคนิคแรกที่ใช้สำหรับ การทดลองติดฉลาก ^13Cโดยใช้วิธีนี้ ตำแหน่งคาร์บอนที่มีโปรตอนเพียงตำแหน่งเดียวภายในกลุ่มเมตาบอไลต์ เฉพาะ สามารถสังเกตแยกจากตำแหน่งอื่นๆ ได้^{[ 12 ]}ซึ่งทำให้ทราบเปอร์เซ็นต์ของไอโซโทปเมอร์ที่ติดฉลากในตำแหน่งเฉพาะนั้นได้ ข้อจำกัดของโปรตอน NMR คือ หากมี อะตอมคาร์บอน nอะตอมในเมตาบอไลต์ จะมีค่าการเสริมความเข้มข้นของตำแหน่งที่แตกต่างกันได้มากที่สุดเพียงnค่า ซึ่งเป็นเพียงเศษส่วนเล็กๆ ของข้อมูลไอโซโทปเมอร์ทั้งหมด แม้ว่าการใช้การติดฉลากโปรตอน NMR จะมีข้อจำกัด แต่การทดลองโปรตอน NMR บริสุทธิ์นั้นประเมินได้ง่ายกว่าการทดลองที่มีข้อมูลไอโซโทปเมอร์มากกว่า

นอกเหนือจากโปรตอน NMRแล้ว การใช้ เทคนิค ^13C NMRจะช่วยให้มองเห็นการกระจายตัวของไอโซโทปเมอร์ได้ละเอียดมากขึ้น อะตอมคาร์บอนที่ติดฉลากจะสร้างสัญญาณการแยกไฮเปอร์ไฟน์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสถานะการติดฉลากของอะตอมคาร์บอนข้างเคียงโดยตรงในโมเลกุล^{[ 12 ]}จะเกิดยอดเดี่ยวหากอะตอมคาร์บอนข้างเคียงไม่ติดฉลาก จะเกิดยอดคู่หากมีอะตอมคาร์บอนข้างเคียงเพียงอะตอมเดียวที่ติดฉลาก ขนาดของการแยกคู่ขึ้นอยู่กับหมู่ฟังก์ชันของอะตอมคาร์บอนข้างเคียง หากอะตอมคาร์บอนข้างเคียงสองอะตอมติดฉลาก การแยกคู่ของคู่อาจเสื่อมสภาพกลายเป็นการแยกสามเท่าหากการแยกคู่เท่ากัน

ข้อเสียของการใช้เทคนิค NMR เพื่อวิเคราะห์การไหลเวียนของเมตาบอลิซึมคือ มันแตกต่างจากการใช้งาน NMR อื่นๆ เนื่องจากเป็นสาขาเฉพาะทาง เครื่องสเปกโทรเมตร NMR อาจไม่พร้อมใช้งานสำหรับทีมวิจัยทุกทีม การปรับพารามิเตอร์การวัด NMR ให้เหมาะสมและการวิเคราะห์โครงสร้างพีคอย่างถูกต้องนั้นต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญด้าน NMR ที่มีทักษะ นอกจากนี้ เมตาบอไลต์บางชนิดอาจต้องใช้ขั้นตอนการวัดเฉพาะทางเพื่อให้ได้ข้อมูลไอโซโทปเมอร์เพิ่มเติม ยิ่งไปกว่านั้น ยังต้องใช้ซอฟต์แวร์ที่ปรับแต่งมาเป็นพิเศษเพื่อกำหนดปริมาณพื้นที่พีคที่แม่นยำ รวมถึงการระบุการแยกส่วนของพีคซิงเกิล ดับเบิล และทริปเล็ตที่พันกันอยู่

เมื่อเปรียบเทียบกับนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ แมสสเปกโทรเมตรี (MS) เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้งานได้จริงและมีความไวมากกว่าในการทดลองวิเคราะห์การไหลของเมตาบอลิซึม เครื่องมือ MS มีให้เลือกหลายแบบ แตกต่างจากนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์แบบสองมิติ ( 2D-NMR ) เครื่องมือ MS ทำงานโดยตรงกับไฮโดรไลเซต^{[ 12 ]}

ในเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโทรเมตรี ( GC-MS ) นั้น เครื่องแมสสเปกโทรเมตรี (MS) จะเชื่อมต่อกับเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟเพื่อแยกสารประกอบในสารไฮโดรไลเสต สารประกอบที่ไหลออกมาจากคอลัมน์ GC จะถูกทำให้เป็นไอออนและแตกตัวเป็นชิ้นส่วนพร้อมกัน ข้อดีของการใช้ GC-MS คือ ไม่เพียงแต่จะวัดไอโซโทปมวลของไอออนโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังวัดสเปกตรัมไอโซโทปมวลของชิ้นส่วนต่างๆ ได้อีกด้วย ซึ่งช่วยเพิ่มปริมาณข้อมูลที่วัดได้อย่างมาก

ในโครมาโทกราฟีของเหลว-แมสสเปกโทรเมตรี ( LC-MS ) GC จะถูกแทนที่ด้วยโครมาโทกราฟของเหลว^{[ 13 ]}ความแตกต่างหลักคือไม่จำเป็นต้องทำการดัดแปลงทางเคมี อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ LC-MS กับ MFA นั้นพบได้น้อย

ในแต่ละกรณี เครื่องมือ MS จะแบ่งการกระจายไอโซโทปเมอร์เฉพาะตามน้ำหนักโมเลกุล ไอโซโทปเมอร์ทั้งหมดของเมตาโบไลต์เฉพาะที่มีอะตอมคาร์บอนที่ติดฉลากจำนวนเท่ากันจะถูกรวบรวมไว้ในสัญญาณพีคเดียว เนื่องจากไอโซโทปเมอร์แต่ละตัวมีส่วนทำให้เกิดพีคเดียวในสเปกตรัม MS ดังนั้นจึงสามารถคำนวณค่าเปอร์เซ็นต์สำหรับแต่ละพีคได้ ทำให้ได้เศษส่วนมวลไอโซโทปเมอร์^{[ 12 ]}สำหรับเมตาโบไลต์ที่มีอะตอมคาร์บอน n ตัว จะมีการวัด n+1 ครั้ง หลังจากปรับค่าให้เป็นมาตรฐานแล้ว จะเหลือปริมาณมวลไอโซโทปเมอร์ที่มีข้อมูล n ตัวพอดี^{[ 12 ]}

ข้อเสียของการใช้เทคนิค MS คือสำหรับแก๊สโครมาโทกราฟี ตัวอย่างจะต้องได้รับการเตรียมโดยการดัดแปลงทางเคมีเพื่อให้ได้โมเลกุลที่มีประจุ มีสารประกอบจำนวนมากที่ใช้ในการดัดแปลงตัวอย่าง N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ไดเมทิลอะซีทัล (DMFDMA) ^{[ 14 ]}และN -( tert -butyldimethylsilyl)- N - เมทิลไตรฟลูออโรอะซีตาไมด์ ( MTBSTFA) ^{[ 15 ]}เป็นสองตัวอย่างของสารประกอบที่ใช้ในการดัดแปลงกรดอะมิโน

นอกจากนี้ ผลกระทบไอโซโทปที่รุนแรงที่สังเกตได้ส่งผลต่อเวลาการกักเก็บของไอโซโทปเมอร์ที่ติดฉลากต่างกันในคอลัมน์ GC ต้องป้องกันการโอเวอร์โหลดคอลัมน์ GC ด้วยเช่นกัน^{[ 15 ]}

สุดท้าย ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของอะตอมอื่นที่ไม่ใช่คาร์บอนยังนำไปสู่การรบกวนในสเปกตรัมไอโซโทปมวล ตัวอย่างเช่น อะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมในโมเลกุลอาจมี^{ไอโซโทป17O}และไอโซโทป 18O อยู่ด้วยผลกระทบที่สำคัญกว่าของความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของไอโซโทปคือผลของซิลิคอนที่มีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติของไอโซโทป^29Siและ^30Siซิลิคอนถูกใช้ในสารอนุพันธ์สำหรับเทคนิค MS ^{[ 12 ]}

การใช้ไอโซโทปเสถียรเป็นตัวติดตามเพื่อศึกษา โภชนาการและการเผาผลาญ แร่ธาตุในมนุษย์ได้รับการรายงานครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1960 ^{[ 17 ]}แม้ว่าไอโซโทปรังสีจะถูกนำมาใช้ในการวิจัยโภชนาการของมนุษย์มาหลายทศวรรษก่อนหน้านี้ แต่ไอโซโทปเสถียรเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลุ่มตัวอย่างที่ต้องกังวลเกี่ยวกับการได้รับรังสี เช่น หญิงตั้งครรภ์และให้นมบุตร และเด็ก ข้อดีอื่นๆ ของไอโซโทปเสถียร ได้แก่ ความสามารถในการศึกษาธาตุที่ไม่มีไอโซโทปรังสีที่เหมาะสม และการศึกษาพฤติกรรมของตัวติดตามในระยะยาว^{[ 18 ] [ 19 ]}ดังนั้นการใช้ไอโซโทปเสถียรจึงกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นด้วยความพร้อมใช้งานที่เพิ่มขึ้นของวัสดุที่เสริมไอโซโทปและเครื่องสเปกโทรเมตรมวลอนินทรีย์ การใช้ไอโซโทปเสถียรแทนไอโซโทปรังสีมีข้อเสียหลายประการ ได้แก่ ต้องใช้ปริมาณตัวติดตามมากขึ้น ซึ่งอาจรบกวนแร่ธาตุที่มีอยู่ตามธรรมชาติ การเตรียมตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์มีความซับซ้อนมากขึ้น และ เครื่องมือ สเปกโทรเมตรีมวลมีราคาแพงกว่า ไม่สามารถวัดการมีอยู่ของตัวติดตามในร่างกายทั้งหมดหรือเนื้อเยื่อเฉพาะจากภายนอกได้^{[ 20 ]}อย่างไรก็ตาม ข้อดีมีชัยเหนือกว่าการใช้ไอโซโทปเสถียรเป็นมาตรฐานในการศึกษาของมนุษย์

แร่ธาตุส่วนใหญ่ที่จำเป็นต่อสุขภาพของมนุษย์และเป็นที่สนใจเป็นพิเศษของนักวิจัยด้านโภชนาการมีไอโซโทปเสถียร ซึ่งบางชนิดเหมาะสมที่จะใช้เป็นตัวติดตามทางชีวภาพเนื่องจากมีปริมาณตามธรรมชาติน้อย[ ^{18 ] [ 20 ] เหล็ก}สังกะสีแคลเซียมทองแดงแมกนีเซียมซีลีเนียมและโมลิบเดนัมเป็นแร่ธาตุที่จำเป็นที่มีไอโซโทปเสถียรซึ่งวิธีการติดตามไอโซโทปได้ถูกนำมาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็ก สังกะสี และแคลเซียมได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง

แง่มุมของโภชนาการ/การเผาผลาญแร่ธาตุที่ได้รับการศึกษา ได้แก่ การดูดซึม (จากทางเดินอาหารเข้าสู่ร่างกาย) การกระจาย การเก็บรักษา การขับถ่าย และจลนศาสตร์ของกระบวนการเหล่านี้ มีการให้สารติดตามไอโซโทปแก่ผู้ถูกทดลองทางปาก (พร้อมอาหารหรือไม่พร้อมอาหาร หรือพร้อมอาหารเสริมแร่ธาตุ) และ/หรือทางหลอดเลือดดำ จากนั้นจึงวัดความเข้มข้นของไอโซโทปในพลาสมาในเลือด เม็ดเลือดแดง ปัสสาวะ และ/หรืออุจจาระ^{[ 21 ] [ 22 ]}นอกจากนี้ยังมีการวัดความเข้มข้นในน้ำนมแม่^{[ 23 ]}และในลำไส้ การออกแบบการทดลองโดยใช้สารติดตามบางครั้งแตกต่างกันไปตามแร่ธาตุเนื่องจากความแตกต่างในการเผาผลาญ ตัวอย่างเช่น การดูดซึมธาตุเหล็กมักจะถูกกำหนดจากการรวมตัวของสารติดตามในเม็ดเลือดแดง ในขณะที่การดูดซึมสังกะสีหรือแคลเซียมจะวัดจากลักษณะของสารติดตามในพลาสมา ปัสสาวะ หรืออุจจาระ^{[ 24 ] [ 25 ]}การบริหารยาโดยใช้ไอโซโทปหลายชนิดในการศึกษาครั้งเดียวเป็นเรื่องปกติ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้วิธีการวัดที่เชื่อถือได้มากขึ้นและการตรวจสอบพร้อมกันของหลายแง่มุมของการเผาผลาญ

การวัดการดูดซึมแร่ธาตุจากอาหาร ซึ่งมักเรียกว่าความสามารถ ในการดูดซึม (bioavailability ) เป็นการประยุกต์ใช้วิธีการติดตามไอโซโทปที่พบได้บ่อยที่สุดในการวิจัยทางโภชนาการ วัตถุประสงค์ของการศึกษาดังกล่าว ได้แก่ การตรวจสอบว่าการดูดซึมได้รับอิทธิพลจากประเภทของอาหารอย่างไร (เช่น แหล่งที่มาจากพืชเทียบกับสัตว์ นมแม่เทียบกับนมผง) ส่วนประกอบอื่นๆ ของอาหาร (เช่นไฟเตต ) โรคและความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม (เช่น ความผิดปกติของลำไส้จากสิ่งแวดล้อม ) วงจรการสืบพันธุ์ ปริมาณแร่ธาตุในอาหารการขาดแร่ธาตุ เรื้อรัง อายุของบุคคล และกลไกการรักษาสมดุล เมื่อมีผลการศึกษาดังกล่าวสำหรับแร่ธาตุแล้ว อาจใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการประมาณความต้องการทางสรีรวิทยาและทางโภชนาการของมนุษย์สำหรับแร่ธาตุนั้น^{[ 26 ] [ 27 ]}

เมื่อมีการให้สารติดตามพร้อมกับอาหารเพื่อสังเกตการดูดซึมและการเผาผลาญแร่ธาตุ อาจอยู่ในรูปของฉลากภายในหรือภายนอก^{[ 28 ] [ 29 ]}ฉลากภายในคือไอโซโทปที่ถูกนำเข้าไปในอาหารระหว่างการผลิต ทำให้ปริมาณแร่ธาตุตามธรรมชาติของอาหารเพิ่มขึ้น ในขณะที่การติดฉลากภายนอกหมายถึงการเพิ่มไอโซโทปของสารติดตามลงในอาหารระหว่างการศึกษา เนื่องจากเป็นวิธีการที่ใช้เวลานานและมีราคาแพงมาก การติดฉลากภายในจึงไม่ได้ถูกนำมาใช้เป็นประจำ การศึกษาเปรียบเทียบการวัดการดูดซึมโดยใช้การติดฉลากภายในและภายนอกของอาหารต่างๆ โดยทั่วไปแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องกันที่ดีระหว่างวิธีการติดฉลากทั้งสองวิธี ซึ่งสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าแร่ธาตุภายนอกและแร่ธาตุตามธรรมชาติได้รับการจัดการในลักษณะเดียวกันในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์

ปริมาณการเสริมสมรรถนะจะถูกวัดจากอัตราส่วนไอโซโทปซึ่งเป็นอัตราส่วนของไอโซโทปตัวติดตามต่อไอโซโทปอ้างอิง โดยใช้สเปกโทรเมตรีมวล นักวิจัยหลายคนได้นำคำจำกัดความและการคำนวณการเสริมสมรรถนะมาใช้^{[ 30 ]}การคำนวณการเสริมสมรรถนะจะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อใช้ตัวติดตามหลายตัวพร้อมกัน เนื่องจากการเตรียมไอโซโทปที่เสริมสมรรถนะแล้วจะไม่บริสุทธิ์ทางไอโซโทป กล่าวคือ จะมีไอโซโทปทั้งหมดของธาตุในปริมาณที่ไม่เป็นธรรมชาติ การคำนวณการเสริมสมรรถนะของตัวติดตามไอโซโทปหลายตัวจึงต้องคำนึงถึงการรบกวนของอัตราส่วนไอโซโทปแต่ละตัวเนื่องจากการมีอยู่ของตัวติดตามอื่นๆ^{[ 30 ]}

เนื่องจากภาวะขาดแร่ธาตุแพร่หลายและส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษย์ในประเทศที่ขาดแคลนทรัพยากรองค์การพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศจึงได้เผยแพร่คำอธิบายโดยละเอียดและครอบคลุมเกี่ยวกับวิธีการไอโซโทปเสถียรเมื่อเร็ว ๆ นี้ เพื่ออำนวยความสะดวกในการเผยแพร่ความรู้นี้ให้กับนักวิจัยนอกศูนย์วิชาการตะวันตก^{[ 24 ] [ 31 ]}

ในโปรตีโอมิกส์ ซึ่งเป็นการศึกษาชุดโปรตีน ทั้งหมด ที่แสดงออกโดยจีโนมการระบุไบโอมาร์กเกอร์ของโรค อาจเกี่ยวข้องกับการใช้การติดฉลากไอโซโทปเสถียรโดยกรดอะมิโนในวัฒนธรรมเซลล์ (SILAC) ซึ่งให้กรดอะมิโนในรูปแบบที่มีฉลากไอโซโทปที่ใช้ในการประมาณระดับโปรตีน^{[ 32 ]}ในโปรตีนรีคอมบิแนนท์ โปรตีนที่ถูกดัดแปลงจะถูกผลิตในปริมาณมาก และการติดฉลากไอโซโทปเป็นเครื่องมือในการทดสอบโปรตีนที่เกี่ยวข้อง วิธีการที่ใช้คือการเสริมความเข้มข้นของนิวเคลียสด้วย^13Cหรือ^15Nหรือลด^1H ออก จากนิวเคลียสอย่างเลือกสรร รีคอมบิแนนท์จะถูกแสดงออกในE.coliด้วยสื่อที่มี^15N- แอมโมเนียมคลอไรด์เป็นแหล่งของไนโตรเจน^{[ 33 ]} จากนั้นโปรตีนที่มีฉลาก 15N ที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยความสัมพันธ์กับโลหะที่ตรึงอยู่ และประมาณเปอร์เซ็นต์ของโปรตีนเหล่า^นั้นเพื่อเพิ่มผลผลิตของโปรตีนที่มีฉลากและลดต้นทุนของสื่อที่มีฉลากไอโซโทป ขั้นตอนทางเลือกหลักคือการเพิ่มมวลเซลล์โดยใช้สื่อที่ไม่มีฉลากก่อนที่จะนำเซลล์นั้นไปใส่ในสื่อที่มีฉลากในปริมาณน้อยที่สุด^{[ 34 ]}การประยุกต์ใช้การติดฉลากไอโซโทปอีกอย่างหนึ่งคือการวัดการสังเคราะห์ DNA ซึ่งก็คือการเพิ่มจำนวนเซลล์ในหลอดทดลองใช้การติดฉลาก H -ไทมิดีนเพื่อเปรียบเทียบรูปแบบการสังเคราะห์ (หรือลำดับ) ในเซลล์^{[ 35 ]}

ไอโซโทปติดตามถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบกระบวนการในระบบธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมบนบกและในน้ำ ในวิทยาศาสตร์ดิน ไอโซโทปติดตาม ^15Nถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางเพื่อศึกษาวัฏจักรของไนโตรเจน ในขณะที่^13Cและ^14Cซึ่งเป็นไอโซโทปเสถียรและไอโซโทปกัมมันตรังสีของคาร์บอนตามลำดับ ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการหมุนเวียนของสารประกอบอินทรีย์และการตรึงCO2โดยโตโทรฟตัวอย่างเช่น Marsh et al. (2005) ใช้ยูเรีย ที่มีการติดฉลากคู่ ( ^15Nและ^14C ) เพื่อแสดงให้เห็นถึงการใช้สารประกอบโดย ผู้ออกซิไดซ์ แอมโมเนียเป็นทั้งแหล่งพลังงาน (การออกซิเดชันของแอมโมเนีย) และแหล่งคาร์บอน (การตรึงคาร์บอนแบบเคโมออโตโทรฟ) ^{[ 36 ]}น้ำดิวเทอเรตยังถูกใช้เพื่อติดตามชะตากรรมและอายุของน้ำในต้นไม้^{[ 37 ]}หรือในระบบนิเวศ^{[ 38 ]}

สารติดตามถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาสมุทรศาสตร์เพื่อศึกษาหลากหลายกระบวนการ ไอโซโทปที่ใช้มักเป็นไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีแหล่งกำเนิดและอัตราการเกิดและการสลายตัวที่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ก็สามารถนำมาใช้ได้อย่างประสบความสำเร็จเช่นกัน นักวิจัยจะวัดอัตราส่วนของไอโซโทปในสถานที่และเวลาต่างๆ เพื่ออนุมานข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพของมหาสมุทร